CN116197568A - 涂药焊条、焊接金属、焊条电弧焊方法和焊接接头的制造方法 - Google Patents

涂药焊条、焊接金属、焊条电弧焊方法和焊接接头的制造方法 Download PDF

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Abstract

提供涂药焊条、焊接金属、焊条电弧焊方法和焊接接头的制造方法。高张力钢用涂药焊条，其不仅在As－welded下，即使在宽泛的PWHT条件下，也能够得到既可维持目标强度，低温韧性又优异，热裂纹得到抑制的焊接部。涂药焊条，含有CO2：16％～27％、F：4％～10％、Si：3％～11％、Ni：7.5％～13.3％、Fe：1％～11％、Mo：0.3％～1.0％、Cr：0.15％～1.2％、Mg：1.5％～4.5％、Mn：1.5％～4.0％，将药皮中的Ni、Mn、Si的含量分别表示为[Ni]、[Mn]、[Si]时，由[Ni]/([Si]+[Mn])计算的值为0.85～1.45。

Description

涂药焊条、焊接金属、焊条电弧焊方法和焊接接头的制造方法
技术领域
本发明涉及高张力钢的焊接所使用的涂药焊条(以下，也简称为“焊条”。)、焊接金属、焊条电弧焊方法以及焊接接头的制造方法。
背景技术
石油、燃气等开采和生产所使用的海洋结构物以及储罐等的焊接制品，要求设备的大型化并在寒冷地区工作运行，用于其制造的钢板和焊接材料，要求有高强度且低温韧性优异的特性。另外，除了这些特性以外，为了进一步提高焊接制品的品质，有实施焊后热处理(PWHT：Post Weld Heat Treatment)的情况。通过实施PWHT，例如，能够去除焊接部的残余应力，因此能够得到可抑制焊接部裂纹的效果。
但是，若进行此PWHT，则由于析出硬化和回火脆化等原因造成的焊接部的脆化，有可能使韧性降低。特别是在高张力钢的焊接部，在为了提高强度而添加的各种元素的影响下，PWHT带来的脆化尤为显著，大多情况是，强度越提高，越不能应用PWHT。
因此，需要开发出在PWHT后也具有优异的力学特性的高张力钢用焊接材料。
例如，在专利文献1中提出有一种涂药焊条，其在焊接高张力钢，例如590N/mm2级以上的高张力钢时，能够得到低温韧性和去应力退火后的断裂韧性优异的焊接金属。
另外，在专利文献2中提出有一种590MPa级高张力钢用的低氢型涂药焊条，其焊接操作性良好，并且，焊接状态(AW：as－welded)和PWHT后的焊接金属的强度和低温下的韧性优异。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平8－257791号公报
专利文献2：日本特开2017－64740号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，上述专利文献1和2中，只考虑到一种PWHT条件，不一定在其他PWHT条件下也能够得到优异的韧性。
另外，可以说PWHT条件的容限大的情况，能够适用于所有焊接制品，施工管理也容易，并且能够更进一步提高焊接部的品质稳定性。
此外，上述专利文献1和2，因为均没有考虑到热裂纹，所以，关于能够得到抗热裂纹性良好的焊接金属的焊条的要求更高。
另一方面，历来可知，PWHT可能因条件逐渐使韧性降低，而PWHT条件根据材料的种类、厚度、焊接接头、施工条件等被严格决定。
因此，使PWHT条件维持容限非常困难，特别是强度越高，所含添加元素就越多，由此越容易发生回火脆化等脆化现象，因此PWHT条件变得更加严格。
本发明鉴于这样的课题而提出，其目的在于，提供一种高张力钢用的涂药焊条，不仅在焊接的状态下(以下，也称为“As－welded”。)，即使在宽泛的PWHT条件下，也能够得到既维持着目标强度，低温韧性又优异，并可抑制热裂纹的焊接部，并提供焊条电弧焊方法和焊接接头的制造方法。另外，其目的还在于，提供一种焊接金属，即使在宽泛的PWHT条件下，也能够维持目标强度，同时低温韧性优异，并能够抑制热裂纹。
解决问题的手段
本发明的上述目的，可由涂药焊条的下述[1]的构成达成。
[1]一种涂药焊条，其特征在于，是具有焊芯、和包覆所述焊芯的药皮的涂药焊条，其中，所述药皮，相对于药皮总质量，含有
CO2：16质量％以上且27质量％以下、
F：4质量％以上且10质量％以下、
Si：3质量％以上且11质量％以下、
Ni：7.5质量％以上且13.3质量％以下、
Fe：1质量％以上且11质量％以下、
Mo：0.3质量％以上且1.0质量％以下、
Cr：0.15质量％以上且1.20质量％以下、
Mg：1.5质量％以上且4.5质量％以下、
Mn：1.5质量％以上且4.0质量％以下，
以相对于药皮总质量的质量％计，将药皮中的所述Ni的含量表示为[Ni]，
以相对于药皮总质量的质量％计，将药皮中的所述Mn的含量表示为[Mn]，
以相对于药皮总质量的质量％计，将药皮中的所述Si的含量表示为[Si]时，
由[Ni]/([Si]+[Mn])计算的值为0.85以上且1.45以下。
涂药焊条的本发明的优选实施方式，涉及以下[2]～[4]。
[2]根据[1]所述的涂药焊条，其特征在于，所述药皮，相对于药皮总质量，还含有
CaO：20质量％以上40质量％以下、
BaO：2质量％以上6质量％以下。
[3]根据[1]或[2]所述的涂药焊条，其特征在于，所述药皮，相对于药皮总质量，还含有
Na、K和Li的合计量：0.3质量％以上且4.0质量％以下、
Ti：0.5质量％以上且4.0质量％以下，并且
Al：1.5质量％以下、
Zr：0.8质量％以下。
[4]根据[1]～[3]中任一项所述的涂药焊条，其特征在于，所述药皮，相对于药皮总质量，限制为
Nb：0.03质量％以下、
V：0.03质量％以下。
本发明的上述目的，可由焊接金属的下述[5]的构成达成。
[5]一种焊接金属，其特征在于，通过使用[1]～[4]中任一项所述的涂药焊条进行焊条电弧焊而取得。
本发明的上述目的，可由焊条电弧焊方法的下述[6]的构成达成。
[6]一种焊条电弧焊方法，其特征在于，使用[1]～[4]中任一项所述的涂药焊条进行焊条电弧焊。
本发明的上述目的，可由焊接接头的制造方法的下述[7]的构成达成。
[7]一种焊接接头的制造方法，其特征在于，以高张力钢作为母材，使用[1]～[4]中任一项所述的涂药焊条进行焊条电弧焊。
发明效果
根据本发明，能够提供一种高张力钢用涂药焊条，不仅在As－welded下，即使在宽泛的PWHT条件下，也能够得到既可维持目标强度，同时低温韧性优异，并可抑制热裂纹的焊接部。
另外，根据本发明，能够提供一种焊接金属，即使在宽泛的PWHT条件下，也能够维持目标强度，同时低温韧性优异，并可抑制热裂纹。
此外，根据本发明，能够提供一种焊条电弧焊方法和焊接接头的制造方法，即使在宽泛的PWHT条件下，也能够得到既可维持目标强度，低温韧性也优异，并可抑制热裂纹的焊接部。
具体实施方式
本发明人等，对于在高强度的焊接部进行PWHT会造成韧性降低的机理进行研究，并且为了得到在宽泛的条件下进行PWHT时，仍具有优异的低温韧性的焊接部而进行了锐意研究。其结果发现以下见解，从而完成了本发明。还有，上述所谓焊接部，表示焊接金属和热影响部(HAZ：Heat－Affected Zone)，但在本说明书中，以下是对于焊接金属进行说明。
首先，对于高强度钢的现有韧性降低机理进行说明。
作为PWHT后焊接金属的韧性降低的主要原因，以往列举的是以下2个原因。
(原因1)焊接金属中的Cr、Mo等的含量多时，这些成分与C形成碳化物析出，由此导致焊接金属硬化。
(原因2)从PWHT温度开始的缓冷，导致回火脆化等脆化现象发生。
以往认为，由于上述(原因1)和(原因2)的影响，主要造成焊接金属的晶界强度降低，其结果是韧性降低。
因此，历来为了在PWHT后一边维持目标强度一边确保优异的韧性，而采取以下的措施。
(措施1)抑制在原始奥氏体晶界析出生长的碳化物。
(措施2)抑制原始奥氏体晶界的杂质元素的偏析。
但是，根据PWHT条件，只实施上述(措施1)和(措施2)并不充分。还有，一般来说，PWHT条件由保持温度和保持时间的要素构成，能够通过以这些要素为参数的拉森·米勒·参数(Larson－Miller parameter：以下称为“LMP”。)进行整理。
因此，在本说明书中，将在以下所示的3个条件a～c下，能够得到在维持目标强度的同时低温韧性还优异的焊接金属的涂药焊条，判断为PWHT条件宽泛。
(条件a)焊接状态(As－welded)。
(条件b)作为LMP高的PWHT条件，是620℃的温度下8小时的条件(以下，称为“高LMP条件”。)。
(条件c)作为LMP低的PWHT条件，是580℃的温度下2小时的条件(以下，称为“低LMP条件”。)。
在(条件a)的焊接状态和(条件b)的高LMP条件下，可知除了上述(措施1)和(措施2)以外，通过使焊条中适量含有Ni，能够得到良好的低温韧性。
另一方面，在(条件c)的低LMP条件下，只适量含有Ni，不能取得良好的低温韧性。本发明人等发现了在(条件c)的低LMP条件下实施PWHT时，低温韧性降低的机理，并且发现了，即使在宽泛的PWHT条件下，也能够得到既维持着目标强度，低温韧性也优异的焊接金属的措施。以下，对于在(条件c)的低LMP条件下，低温韧性降低的机理和措施进行说明。
若焊接金属中大量包含Ni，则在焊接金属组织上生成含Ni的偏析带(以下，称为“Ni偏析带”。)，即Ni稠化的区域。此Ni偏析带，在(条件a)的焊接状态下、和(条件b)的高LMP条件时，对低温韧性没有影响。
但是，在(条件c)的低LMP条件时，Ni偏析带中C含量变高，在Ni偏析带，岛状马氏体的生成和碳化物的生成及粗大化被促进。特别是岛状马氏体的生成显著，由于这些生成物的影响，导致在Ni偏析带容易发生脆性断裂，因此，结果是低温韧性降低。
据此，本发明人等发现，作为在PWHT后用于确保既可维持目标强度，低温韧性又优异的焊接金属的措施，有效的是除了(措施1)和(措施2)以外，实施以下所示的(措施3)。
(措施1)抑制在原始奥氏体晶界析出生长的碳化物。
(措施2)抑制原始奥氏体晶界的杂质元素的偏析。
(措施3)抑制Ni偏析带中的岛状马氏体生成。
而且，本发明人等发现，通过恰当控制涂药焊条的化学成分组成、和根据Ni、Si生Mn的含量计算的参数，能够达成上述(措施1)～(措施3)，并且能够抑制热裂纹。即，通过使用实现了(措施1)～(措施3)的焊条，不仅As－welded，即使在宽泛的条件的PWHT后，也能够得到既可维持目标强度，低温韧性又优异的焊接金属。
以下，对用于实施本发明的方式(以下，称为“本实施方式”。)详细说明。还有，本发明不受以下说明的实施方式限定，在不脱离本发明主旨的范围内，能够任意变更实施。
[1.涂药焊条]
本实施方式的涂药焊条，是钢焊芯(以下，也简称为“焊芯”。)上包覆有药皮而成的。
＜1－1.包覆率＞
只要药皮中的各元素的含量在本发明的范围内，则包覆率能够设定为任意值。还有，所谓包覆率，是设焊条总质量中的药皮质量(g)为[药皮]，设焊条总质量中的焊芯质量(g)为[焊芯]时，能够由式：{[药皮]/([药皮]+[焊芯])}×100计算。在本实施方式中，由上式计算的包覆率，优选为25质量％以上且40质量％以下。
＜1－2.药皮＞
以下，对于本实施方式的涂药焊条的药皮所含有的化学成分组成、其含量的数值限定理由，更详细地说明。本实施方式中的所谓含量，除非特别说明，否则就是相对于药皮总质量的质量％。
另外，以下所示的各元素，除非另行说明，否则以金属的形态在药皮中被含有，或以化合物的形态在药皮中被含有均可，另外，也可以在药皮中以金属和化合物两种形态被含有。即，上述各元素无论以什么样的形态在药皮中被含有，均以换算成元素单体的换算值规定。例如，列举Si为例时，所谓Si含量，是指金属Si和Si化合物的Si换算值的合计。还有，所谓金属Si，包括Si单体和Si合金。
(CO2：16～27质量％)
在本实施方式中，将药皮中的碳酸盐含量作为CO2的含量规定。碳酸盐在焊接时分解成CO2与氧化物，具有防止焊接金属氧化和氮化的效果。若药皮中的CO2含量低于16质量％，则焊接时无法发生足够的气体，招致焊接金属的氮化和氧化，低温韧性劣化。因此，药皮中的CO2含量，相对于药皮总质量为16质量％以上，优选为17质量％以上，更优选为18质量％以上。
另一方面，若药皮中的CO2含量高于27质量％，则由于大量包含CO2源的碳酸盐，所以熔融渣的流动性变高，难以均匀形成包覆性良好的熔渣，熔渣剥离性劣化。因此，药皮中的CO2含量，相对于药皮总质量为27质量％以下，优选为24质量％以下，更优选为21质量％以下。
还有，作为药皮中的CO2源，可列举CaCO3、BaCO3、MgCO3、MnCO3、FeCO3、Na2CO3、K2CO3等碳酸盐。
(F：4质量％以上且10质量％以下)
CaF2、MgF2、AlF3等的金属氟化物，使熔融渣的熔点降低，具有改善熔渣包覆性而使焊道外观良好的效果。另外，F在焊接时与氢反应，能够使焊接金属中的氢分压降低，因此也具有使焊接金属低氢化的效果。若药皮中的F含量低于4质量％，则不能充分取得上述的效果。因此，药皮中的F含量，相对于药皮总质量为4质量％以上，优选为5质量％以上，更优选为6质量％以上。
另一方面，若药皮中的F含量高于10质量％，则电弧不稳定，飞溅发生量增加。因此，药皮中的F含量，相对于药皮总质量为10质量％以下，优选为9质量％以下，更优选为8质量％以下。
(Si：3质量％以上且11质量％以下)
金属Si、和硅铁等的合金中所含有的Si，使熔融金属的粘性上升而调整流动性，具有使焊道外观和焊道形状良好的效果。
SiO2等的氧化物作为造渣剂起作用。另外，SiO2等的氧化物，提升熔融渣的粘性而改善流动性，具有使焊道外观和焊道形状良好的效果。这样，药皮中的金属Si、Si合金和Si氧化物，因为分别具有各种效果，所以在本实施方式中，以药皮中的金属Si、Si合金和Si化合物所含的全部Si含量规定。
若药皮中的Si含量低于3质量％，则熔融金属和熔渣的粘性降低，以立焊姿势焊接时，焊道形成变得困难，不能获得良好的焊道。因此，药皮中的Si含量，相对于药皮总质量为3质量％以上，优选为4质量％以上，更优选为5质量％以上。
另一方面，若药皮中的Si含量高于11质量％，则在含Ni偏析带中形成硬质的岛状马氏体，从而助长回火脆化，低温韧性降低。因此，药皮中的Si含量，相对于药皮总质量为11质量％以下，优选为9质量％以下，更优选为8质量％以下。
还有，作为药皮中的Si源，可列举SiO2等Si的氧化物、Si的硅酸盐、金属Si、硅铁等的合金、水玻璃等的粘合剂等。
(Ni：7.5质量％以上且13.3质量％以下)
Ni是具有通过母相强化使焊接金属的强度和低温韧性提高的效果的成分。若药皮中的Ni含量低于7.5质量％，则不能获得所需抗拉强度和低温韧性。因此，药皮中的Ni含量，相对于药皮总质量为7.5质量％以上，优选为8.0质量％以上，更优选为8.5质量％以上，进一步优选为9.0质量％以上。
另一方面，若药皮中的Ni含量高于13.3质量％，则低熔点的杂质元素在偏析带稠化，热裂纹发生的可能性增加。因此，相对于药皮总质量的Ni含量为13.3质量％以下，优选为12.0质量％以下，更优选为11.0质量％以下。
(Fe：1质量％以上且11质量％以下)
Fe是影响熔敷效率和焊接操作性的成分。若药皮中的Fe含量低于1质量％，则焊接效率降低，并且电弧晃动，焊接操作性降低。因此，药皮中的Fe含量，相对于药皮总质量为1质量％以上，优选为3质量％以上，更优选为5质量％以上。
另一方面，若药皮中的Fe含量高于11质量％，则保护效果降低，焊接操作性降低。因此，药皮中的Fe含量，相对于药皮总质量为11质量％以下，优选为9质量％以下，更优选为8质量％以下。
(Mo：0.3质量％以上且1.0质量％以下)
Mo使焊接金属的强度提高，并且是对于抑制回火脆化有效的成分。通过Mo碳化物向焊接金属晶粒内析出，能够抑制渗碳体向晶界的析出，抑制PWHT后的低温韧性的降低。
若药皮中的Mo含量低于0.3质量％，则不能抑制因PWHT造成的渗碳体向晶界的析出，得不到所需的低温韧性。因此，药皮中的Mo含量，相对于药皮总质量为0.3质量％以上，优选为0.5质量％以上，更优选为0.6质量％以上。
另一方面，若Mo含量高于1.0质量％，则AW下的低温韧性降低，并且在PWHT中，MoC2也在焊接金属的晶粒内过度析出，低温韧性降低。因此，药皮中的Mo含量，相对于药皮总质量为1.0质量％以下，优选为0.9质量％以下，更优选为0.8质量％以下。
(Cr：0.15质量％以上且1.20质量％以下)
Cr使焊接金属的强度提高，并且是对于在晶界析出的粗大组织有抑制效果的成分。若药皮中的Cr含量低于0.15质量％，则不能抑制在晶界析出的粗大组织，无法取得所需的抗拉强度和PWHT后的低温韧性。因此，药皮中的Cr含量，相对于药皮总质量为0.15质量％以上，优选为0.30质量％以上，更优选为0.40质量％以上。
另一方面，Cr通过PWHT主要助长粗大的晶界碳化物的析出和生长，是使低温韧性降低的成分。若药皮中的Cr含量高于1.20质量％，则PWHT后的低温韧性降低。因此，药皮中的Cr含量，相对于药皮总质量为1.20质量％以下，优选为1.10质量％以下，更优选为1.00质量％以下，进一步优选为0.80质量％以下。
(Mg：1.5质量％以上且4.5质量％以下)
Mg利用脱氧作用使焊接金属中的氧化物量减少，是使低温韧性提高的成分。若药皮中的Mg含量低于1.5质量％，则无法取得希望的脱氧效果。因此，药皮中的Mg含量，相对于药皮总质量为1.5质量％以上，优选为2.0质量％以上，更优选为2.2质量％以上。
另一方面，Mg具有使焊接时的电弧力降低的作用。若药皮中的Mg含量高于4.5质量％，则电弧变得不稳定，焊道形状不良。因此，药皮中的Mg含量，相对于药皮总质量为4.5质量％以下，优选为3.8质量％以下，更优选为3.0质量％以下。
(Mn：1.5质量％以上且4.0质量％以下)
Mn是具有提高焊接金属的强度的效果的成分。若药皮中的Mn含量低于1.5质量％，则不能获得所需强度。因此，药皮中的Mn含量，相对于药皮总质量为1.5质量％以上，优选为2.0质量％以上，更优选为2.2质量％以上。
另一方面，Mn特别在含Ni偏析带中生成硬质的岛状马氏体，助长回火脆化，除了使低温韧性降低以外，也是造成热裂纹的主要原因成分。若药皮中的Mn含量高于4.0质量％，则不仅PWHT后的低温韧性降低，而且热裂纹的可能性增加。因此，药皮中的Mn含量，相对于药皮总质量为4.0质量％以下，优选为3.5质量％以下，更优选为3.0质量％以下。
还有，作为药皮中的Mn源，可列举MnO、MnO2、Mn3O4、Mn2O3的氧化物，Mn的硫化物，Mn的碳酸盐，金属Mn，锰铁等的合金等。
(由[Ni]/([Si]+[Mn])计算的值：0.85以上且1.45以下)
如上述，通过恰当控制根据Ni、Si和Mn的含量计算的本参数值，能够得到既可维持目标强度，又可如上述(措施3)这样抑制Ni偏析带中的岛状马氏体生成，低温韧性优异，热裂纹得到抑制的焊接金属。
若由[Ni]/([Mn]+[Si])得到的值低于0.85，则在Ni偏析带中容易生成岛状马氏体，PWHT后的低温韧性降低。因此，由[Ni]/([Mn]+[Si])计算的值为0.85以上，优选为0.90以上，更优选为0.95以上，进一步优选为1.00以上。
另一方面，若由[Ni]/([Mn]+[Si])得到的值高于1.45，则Ni含量变高，由此热裂纹的可能性增加。因此，由[Ni]/([Mn]+[Si])计算的值为1.45以下，优选为1.30以下，更优选为1.20以下，进一步优选为1.10以下，特别优选为1.07以下。
还有，在上述式中，[Ni]是以相对于药皮总质量的质量％表示药皮中的Ni含量的值，[Mn]是以相对于药皮总质量的质量％表示药皮中的Mn含量的值，[Si]是以相对于药皮总质量的质量％表示药皮中的Si含量的值。
本实施方式的涂药焊条，通过在药皮中在规定的含量的范围内含有上述必需成分，不仅是AW，即使在宽泛的PWHT条件下，也能够得到既可维持目标强度，低温韧性又优异，热裂纹得到抑制的焊接金属。在本实施方式的涂药焊条的药皮中，作为CO2源的碳酸盐，优选含有CaCO3、BaCO3。这是因为，作为CaCO3分解物的CaO、和作为BaCO3分解物的BaO形成良好的熔渣，具有能够得到优异焊道形状的效果。以下对于CaO、BaO的优选含量进行说明。
(CaO：20质量％以上且40质量％以下)
CaO是熔渣生成化合物，可以均匀形成包覆性良好的熔渣，具有熔渣剥离性的改善效果。另外，CaO还具有确保药皮绝缘性的效果。若药皮中的CaO含量在20质量％以上，则可形成足够的熔渣，能够得到良好形状的焊道。因此，药皮中的CaO含量，相对于药皮总质量优选为20质量％以上，更优选为25质量％以上，进一步优选为28质量％。
另外，若药皮中的CaO含量在40质量％以下，则能够良好地保持熔融渣的流动性，能够均匀形成包覆性良好的熔渣，能够得到良好的焊道形状。另外，能够抑制电弧变强，能够适当调整飞溅的发生量。因此，药皮中的CaO含量，相对于药皮总质量优选为40质量％以下，更优选为38质量％以下，进一步优选为36质量％以下。
作为药皮中的CaO源，可列举CaO、焊接时热分解而在药皮中生成CaO的Ca的碳酸盐、Ca的硅酸盐等。
还有，在本说明书中，所谓CaO含量，是将药皮中所含的全部Ca换算成CaO得到的值。
(BaO：2质量％以上且6质量％以下)
BaO是主要的熔渣生成化合物，具有调整熔渣碱度的作用。若药皮中的BaO含量为2质量％以上，则能够防止焊接金属中的氧量变高，能够抑制低温韧性的劣化。因此，药皮中的BaO含量，相对于药皮总质量优选为2质量％以上，更优选为3质量％以上。
另外，若药皮中的BaO含量在6质量％以下，则能够良好地保持熔融渣的流动性，能够形成良好的焊道。因此，药皮中的BaO含量，相对于药皮总质量优选为6质量％以下，更优选为5质量％以下。
作为药皮中的BaO源，可列举BaO、在焊接时热分解而在药皮中生成BaO的Ba的碳酸盐、Ba的硅酸盐等。
还有，在本说明书中，所谓BaO含量，是将药皮中所含的全部Ba换算成BaO得到的值。
在本实施方式的涂药焊条中，为了使电弧稳定性、焊接金属的力学特性、焊道形状等提高，也可以在以下所示的范围内使药皮中还含有Na、K和Li，还有Ti、Al以及Zr。另外，药皮中含有Nb和V时，优选其含量限制在以下所示的范围。进一步说明本实施方式的涂药焊条的药皮所能含有的各成分的含量及其限定理由。
(Na、K和Li的合计量：0.3质量％以上且4.0质量％以下)
Na、K和Li是具有使电弧稳定效果的成分。
若药皮中的Na、K和Li的合计量为0.3质量％以上且4.0质量％以下，则能够充分取得电弧的稳定化效果。因此，药皮中的Na、K和Li的合计量，相对于药皮总质量优选为0.3质量％以上，更优选为0.8质量％以上，进一步优选为1.5质量％以上。另外，药皮中的Na、K和Li的合计量，相对于药皮总质量优选为4.0质量％以下，更优选为3.5质量％以下，进一步优选为3.0质量％以下。
还有，药皮中的Na、K和Li，被含在Na2O、K2O、Li2O等的氧化物、金属Na、金属K、金属Li，Na合金、K合金、Li合金、水玻璃等粘合剂等中。
(Ti：0.5质量％以上且4.0质量％以下)
金属Ti或包含在合金中的Ti是脱氧元素，是具有提高焊接金属强度的效果的元素。另外，作为脱氧剂起作用后，作为氧化物介于焊接金属中，该氧化物具有使晶粒微细化的效果。TiO2等的氧化物，作为造渣剂起作用，具有使熔渣的流动性提高的效果。
若药皮中的Ti含量为0.5质量％以上且4.0质量％以下，则能够充分取得脱氧效果、晶粒的微细化效果以及熔渣流动性的提高效果。因此，药皮中的Ti含量，相对于药皮总质量优选为0.5质量％以上，更优选为1.0质量％以上，进一步优选为1.3质量％以上。另外，药皮中的Ti含量，相对于药皮总质量优选为4.0质量％以下，更优选为3.0质量％以下，进一步优选为2.5质量％以下。
还有，作为药皮中的Ti源，能够列举金属Ti、钛铁等的合金、TiO2等的化合物。
(Al：1.5质量％以下)
金属Al、或包含在合金中的Al，作为脱氧元素起作用。Al2O3等的Al氧化物，作为造渣剂起作用。另外，若药皮中含有Al2O3等，则能够提高熔融渣的粘性，改良流动性，使焊道外观和焊道形状良好。在本实施方式中，为了使焊道外观和焊道形状提高，也可以根据需要使药皮中含有Al，药皮中的Al含量，相对于药皮总质量优选为0.02质量％以上。
另一方面，若药皮中的Al含量，相对于药皮总质量为1.5质量％以下，则能够适当调整熔融渣的粘性，控制流动性，良好地保持焊道外观和焊道形状。因此，药皮中的Al含量，相对于药皮总质量优选为1.5质量％以下，更优选为1.0质量％以下，进一步优选为0.7质量％以下。
还有，作为药皮中的Al源，可列举Al2O3等的Al的氧化物、金属Al、铝镁等的合金等。
(Zr：0.8质量％以下)
金属Zr、或包含在合金中的Zr，作为脱氧元素起作用。ZrO2等的Zr氧化物作为造渣剂起作用。另外，若药皮中含有ZrO2，则使焊道的融合提高，能够取得形成平的焊道的效果。在本实施方式中，为了使焊道的融合性、焊道形状提高，也可以根据需要使药皮中含有Zr，药皮中的Zr含量，相对于药皮总质量优选为0.01质量％以上。
另一方面，若药皮中的Zr含量在0.8质量％以下，则既可维持良好的熔渣剥离性，又能够使焊道的融合提高，得到平的焊道形状。因此，药皮中的Zr含量，相对于药皮总质量而优选为0.8质量％以下，更优选为0.6质量％以下，进一步优选为0.3质量％以下。
还有，作为药皮中的Zr源，可列举金属Zr、包含在合金中的Zr、ZrO2等的Zr氧化物。
(Nb：0.03质量％以下)
Nb是具有提高焊接金属强度效果的成分，但经过PWHT而使碳化物析出，也是使低温韧性降低的成分，因此在本实施方式中，优选将药皮中的Nb含量限制在规定值以下，也可以为0质量％。若药皮中的Nb含量为0.03质量％以下，则能够抑制PWHT后的低温韧性降低。因此，药皮中的Nb含量，相对于药皮总质量优选为0.03质量％以下。
(V：0.03质量％以下)
V是具有使焊接金属强度提高效果的成分，但也是助长碳化物的析出和生长，使低温韧性降低的成分，因此在本实施方式中，优选将药皮中的V含量限制在规定值以下，也可以为0质量％。若药皮中的V含量为0.03质量％以下，则能够抑制PWHT后的低温韧性降低。因此，药皮中的V含量，相对于药皮总质量优选为0.03质量％以下。
(B：0.10质量％以下)
B在原始奥氏体晶界偏析，抑制先共析铁素体，从而是具有使焊接金属韧性提高效果的成分，但也是可能使热裂纹和SR裂纹发生的成分。在本实施方式中，药皮中的B含量的下限没有特别规定，也可以为0质量％。
若药皮中的B含量为0.10质量％以下，则在焊接金属中，能够抑制热裂纹和SR裂纹的发生。因此，药皮中的B含量，相对于药皮总质量优选为0.10质量％以下。
(Cu：0.6质量％以下)
Cu是具有一边维持强度，一边使焊接金属的组织微细化，并使低温韧性提高的效果的成分，但根据药皮中的Cu含量，可能会助长析出物的生成，使低温韧性降低。在本实施方式中，可以根据需要使药皮中含有Cu，但药皮中的Cu含量的下限没有特别规定，也可以为0质量％。
若Cu含量为0.6质量％以下，则不会助长析出物的生成，能够抑制低温韧性的降低。因此，药皮中的Cu含量，相对于药皮总质量优选为0.6质量％以下。
(余量)
在本实施方式中，作为药皮中所能含有的其他成分，可列举C。若药皮中的C含量为0.30质量％以下，则能够抑制碳化物的生成。因此，药皮中的C含量，相对于药皮总质量优选为0.30质量％以下。
还有，在本实施方式的焊条电弧焊中，作为药皮中含有的必需成分的CO2、F、Si、Ni、Fe、Mo、Cr、Mg和Mn含量的合计，相对于药皮总质量优选为40质量％以上，更优选为45质量％以上，进一步优选为50质量％以上。
另外，进一步含有CaO和BaO时，上述元素的含量的合计，相对于药皮总质量优选为85质量％以上，更优选为87质量％以上，进一步优选为90质量％以上。
药皮还含有Na、K和Li中的至少一种以及Ti，并且，无论是含Al和Zr，还是不含Al和Zr的情况下，上述元素的含量的合计，相对于药皮总质量均优选为90质量％以上，更优选为93质量％以上，进一步成选为95质量％以上。
(杂质)
作为药皮中所能包含的上述以外的元素，可列举P、S、Sn、Sb、As、Pb、N等不可避免的杂质。从确保抗热裂纹性等焊接品质的观点出发，P、S、Sn、Sb、As、Pb和N相对于药皮总质量的不可避免的含量，优选分别限制在0.5质量％以下。另外，杂质相对于药皮总质量的合计值，优选限制在3质量％以下。
＜1－3.焊芯＞
接下来，对于本实施方式的涂药焊条的焊芯所含的成分及优选的含量进行以下说明。
在本实施方式中，作为焊芯，能够适宜使用例如以Fe为主要成分的铁系焊芯或钢焊芯。作为钢焊芯，能够优选使用由软钢、高张力钢和低合金钢构成的钢焊芯。
还有，在本实施方式中，对于焊芯中的其他成分没有特别限定，但除了Fe以外，还有含有C、Si、Mn、P、S、N、Cu等的情况。相对于焊芯的总质量，优选焊芯中的C含量为0.13质量％以下，Si含量为0.3质量％以下(含0质量％)，Mn含量为0.2质量％以上且1.0质量％以下，P含量为0.040质量％以下(含0质量％)，S含量为0.035质量％以下(含0质量％)，Cu含量为0.2质量％以下(含0质量％)。
另外，焊芯中还有含Nb、V、Cr、Ni、Mo、Ti、Al、B的情况。这些成分之中，Nb和V的含量，优选分别在0.02质量％以下。另外，Cr、Ni、Mo、Ti和Al的含量，优选合计为4.0质量％以下。此外，B含量优选为0.02质量％以下。
在本实施方式中，焊芯的外径没有特别限定，但是，例如优选为2.6mm以上且5.0mm以下。
[2.涂药焊条的制造方法]
本实施方式的涂药焊条能够通过如下方式制造，以药皮成为上述成分组成的方式调合药皮的原材料，与规定的粘合剂一起混炼，将该混炼物涂装在规定的焊芯表面，使药皮的质量相对于涂药焊条总质量处于25质量％以上且40质量％以下的范围，以450℃至550℃烧成1小时左右。
还有，制造本实施方式的涂药焊条时，焊芯的种类、粘合剂的种类、药皮的形成方法等没有特别限定，能够采用制造涂药焊条时通常的规格和条件。
[3.焊接金属]
本实施方式的焊接金属，是使用上述[1.涂药焊条]中说明的本实施方式的涂药焊条，通过进行焊条电弧焊而得到的。
还有，在本实施方式的焊接金属中，对于使用本实施方式的涂药焊条以外的条件没有特别限定，关于母材的种类，可以根据所要求的特性适宜选择。
[4.焊条电弧焊方法]
本实施方式的焊条电弧焊方法，是使用上述[1.涂药焊条]中说明的本实施方式的涂药焊条进行焊接的方法。
还有，在本实施方式的焊条电弧焊方法中，对于使用本实施方式的涂药焊条以外的各种焊接条件没有特别限定，关于母材的种类、焊接电压、焊接电流、焊接姿势等，能够采用使用涂药焊条的焊接方法中一般的条件。
[5.焊接接头的制造方法]
本实施方式的焊接接头的制造方法，是以高张力钢作为焊接母材，使用上述[1.涂药焊条]中说明的本实施方式的涂药焊条，通过焊条电弧焊制造焊接接头的方法。
还有，在焊接接头的制造方法中，对于以高张力钢为焊接母材、和使用本实施方式的涂药焊条进行焊条电弧焊以外的焊接条件没有特别限定，关于焊接电压、焊接电流、焊接姿势等，能够采用使用涂药焊条的焊接方法中一般的条件。
另外，能够作为母材使用的高张力钢没有限定，但优选为720MPa级以上，例如可列举EN10028－6：2017的P690Q、P690QH、P690QL1和P690QL2，日本海事协会(NK)所规定的KD620、KD690、KE620和KE690，以及DNV所规定的VL690等。
实施例
以下，对于本实施方式的涂药焊条的发明例和比较例进行说明。
[焊条电弧焊]
(涂药焊条的制作)
使用焊条涂装机，以各种成分组成的药皮包覆直径为4.0mm的钢焊芯的表面之后，以450～550℃烧成约1小时，制作发明例和比较例的各涂药焊条。包覆率相对于涂药焊条总质量，为25质量％以上且40质量％以下的范围。
(焊条电弧焊)
接着，使用所得到的涂药焊条，根据下述表1所示的焊接条件，对于具有下述表2所示的板厚和化学成分的钢板实施焊条电弧焊，制造焊接接头。
[力学特性的评价]
(试验片的制作)
熔敷金属的力学特性，依据JISZ3111：2005所规定的“熔敷金属的拉伸和冲击试验方法”，从熔敷金属的板厚方向中央部提取拉伸试验片(A2号)和冲击试验片(V切口试验片)，评价抗拉性能和冲击性能。在研究宽泛的PWHT条件时，以各种保持温度、保持时间进行PWHT(焊后热处理)时的力学特性的变化，多用以拉森·米勒·参数(Larson－Millerparameter，以下，简称为LMP。)整理的方法。本实施例中，LMP低的PWHT条件为580℃的温度下2小时，LMP高的条件为620℃的温度下8小时，以此进行评价。
(拉伸试验)
拉伸试验，对于As－welded的试验片，在580℃的温度下经过了2小时和在620℃的温度下经过了8小时的PWHT的试验片，使试验温度为室温(约20±2℃)实施，通过测量屈服应力和抗拉强度，评价抗拉性能。
还有，在本发明例中，As－welded下的抗拉强度(TS)为780MPa以上时，判断为强度良好，分别在580℃的温度下2小时和620℃的温度下8小时的PWHT后，抗拉强度(TS)为750MPa以上时，判断为强度良好。
(冲击试验)
冲击试验，对于As－welded的试验片，在580℃的温度下经过了2小时和在620℃的温度下经过了8小时的PWHT的试验片实施。试验温度为－40℃、－60℃，每个试验温度下各测量3次摆锤冲击吸收功(vE－40℃、vE－60℃)，用3个摆锤冲击吸收功之中最小值评价韧性。还有，在本发明例中，As－welded与PWHT后的－40℃和－60℃下的吸收功的最小值分别为100J以上、80J以上时，判断为韧性良好。
而且，As－welded和PWHT后的强度及韧性均良好的为合格，除此以外为不合格。
焊芯的化学成分显示在下述表3中，药皮的化学成分显示在下述表4和5中。另外，力学特性的评价结果显示在下述表6中。还有，下述表3所示的焊芯成分的余量是Fe和杂质。另外，下述表4和5所示的药皮的成分的余量是杂质。
另外，在下述表4中，[Ni]是以相对于药皮总质量的质量％表示药皮中的Ni含量的值，[Mn]是以相对于药皮总质量的质量％表示药皮中的Mn含量的值，[Si]是以相对于药皮总质量的质量％表示药皮中的Si含量的值。
此外，在下述表5中的含量表述中，记述为“－”的表示定量极限值以下。另外，对于580℃的温度下经过2小时的PWHT时的力学特性未进行评价的，在表6中，评价结果一栏显示为“－”。
【表1】
Figure BDA0003917910810000191
/>
【表2】
Figure BDA0003917910810000192
【表3】
Figure BDA0003917910810000193
【表4】
Figure BDA0003917910810000201
/>
【表5】
Figure BDA0003917910810000211
/>
【表6】
Figure BDA0003917910810000221
如上述表4～表6所示，药皮中的各成分的含量在本发明所规定范围内的发明例No.1～7，As－welded的抗拉强度(TS)为达成目标的780MPa以上，并且，不同的两种PWHT后的抗拉强度(TS)为达成目标的750MPa以上，能够得到具有优异的强度的焊接金属。另外，－40℃下的吸收功为100J以上，并且－60℃下的吸收功为80J以上，能够得到优异的低温韧性。由此可知，不仅As－welded，即使在宽泛的PWHT条件下，也能够得到既可维持目标强度，低温韧性又优异，热裂纹的发生得到抑制的焊接金属。
另外，发明例No.1～7，能够制造的焊接接头，具有不仅在As－welded下，而且在宽泛的PWHT条件下，既可维持目标强度，低温韧性又优异，热裂纹的发生得到抑制的焊接部。
另一方面，比较例No.1，因为药皮中的Cr含量低于本发明中规定范围的下限值，所以As－welded和长时间PWHT后的抗拉强度降低，短时间PWHT后的－60℃下的韧性也降低。比较例No.2和5，因为由式[Ni]/([Mn]+[Si])得到的值低于本发明中规定范围的下限值，所以短时间PWHT后和长时间PWHT后的低温韧性降低。比较例No.3，因为药皮中的Mo含量高于本发明中规定范围的上限值，另外，由式[Ni]/([Mn]+[Si])得到的值低于本发明中规定范围的下限值，所以As－welded，短时间PWHT后和长时间PWHT后的低温韧性降低。
比较例No.4，因为药皮中的Mo含量高于本发明中规定范围的上限值，药皮中的Cr含量低于本发明中规定范围的下限值，因此强度未降低，但因为由式[Ni]/([Mn]+[Si])得到的值低于本发明中规定范围的下限值，所以短时间PWHT后和长时间PWHT后的低温韧性降低。
比较例No.6～9，因为药皮中的Ni含量低于本发明中规定范围的下限值，由式[Ni]/([Mn]+[Si])得到的值低于本发明中规定范围的下限值，所以As－welded的强度、－60℃下的韧性及－40℃下的韧性、和长时间PWHT后的强度、－60℃下的韧性及－40℃下的韧性中的至少1个降低。
比较例No.10，因为由式[Ni]/([Mn]+[Si])得到的值高于本发明中规定范围的上限值，所以热裂纹发生的可能性增加。另外，比较例No.11，因为药皮中的Ni含量，和根据式[Ni]/([Mn]+[Si])得到的值，均高于本发明中规定范围的上限值，所以与比较例No.10同样，热裂纹发生的可能性增加。

Claims (8)

1.一种涂药焊条，其特征在于，是具有焊芯、和包覆所述焊芯的药皮的涂药焊条，其中，所述药皮相对于药皮总质量含有
CO2：16质量％以上且27质量％以下、
F：4质量％以上且10质量％以下、
Si：3质量％以上且11质量％以下、
Ni：7.5质量％以上且13.3质量％以下、
Fe：1质量％以上且11质量％以下、
Mo：0.3质量％以上且1.0质量％以下、
Cr：0.15质量％以上且1.20质量％以下、
Mg：1.5质量％以上且4.5质量％以下、
Mn：1.5质量％以上且4.0质量％以下，
以相对于药皮总质量的质量％计，将药皮中的所述Ni的含量表示为[Ni]，
以相对于药皮总质量的质量％计，将药皮中的所述Mn的含量表示为[Mn]，
以相对于药皮总质量的质量％计，将药皮中的所述Si的含量表示为[Si]时，
由[Ni]/([Si]+[Mn])计算的值为0.85以上且1.45以下。
2.根据权利要求1所述的涂药焊条，其特征在于，
所述药皮相对于药皮总质量还含有
CaO：20质量％以上且40质量％以下、
BaO：2质量％以上且6质量％以下。
3.根据权利要求1所述的涂药焊条，其特征在于，
所述药皮相对于药皮总质量还含有
Na、K和Li的合计量：0.3质量％以上且4.0质量％以下；
Ti：0.5质量％以上且4.0质量％以下，并且
Al：1.5质量％以下，
Zr：0.8质量％以下。
4.根据权利要求2所述的涂药焊条，其特征在于，
所述药皮相对于药皮总质量还含有
Na、K和Li的合计量：0.3质量％以上且4.0质量％以下；
Ti：0.5质量％以上且4.0质量％以下，并且
Al：1.5质量％以下，
Zr：0.8质量％以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的涂药焊条，其特征在于，
所述药皮相对于药皮总质量限制为，
Nb：0.03质量％以下、
V：0.03质量％以下。
6.一种焊接金属，其特征在于，
通过使用权利要求1～5中任一项所述的涂药焊条进行焊条电弧焊而取得。
7.一种焊条电弧焊方法，其特征在于，
使用权利要求1～5中任一项所述的涂药焊条，进行焊条电弧焊。
8.一种焊接接头的制造方法，其特征在于，
以高张力钢作为母材，使用权利要求1～5中任一项所述的涂药焊条，进行焊条电弧焊。
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